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1、第0章绪论土力学部分（一）土力学的概念土力学用力学原理去研究土的应力、应变、强度、稳定性及随时间 变化和渗透性规律的学科。土力学是研究土体的一门力学。广义的土力学包括土的生成、组成、物理化学、 物理生物性质及分类在内的土质学。（二）土力学的研究内容地基与基础设计的主要理论依据是土力学。土力学研究的对象可概 括为：研究土的本构关系以及土与结构物相互作用的规律。土的本构关系即土的应力应变强度时间四个变量之间的内在关 系。（三）本课程的特点和学习要求学习土力学基础理论，从研究土的物理力学特性开始，土是一种特 殊的建筑材料，与钢、木材等有本质区别，土是有固体颗粒、水、气三 相组成，其受力变形机理十分复
2、杂。现有的土力学理论很难模拟天然土 层在建筑物作用所表现的各种力学形状的全貌，所以还要借助试验、实 测，紧密结合实践经验进行合理分析。了解地基勘察和原位测试技术以 及室内土工试验方法也是本课程的一个重要方面。（四）本学科发展概况i. 土力学理论的发展在1773-1776年库仑提出土的抗剪强度和土压力的滑动土楔理论，土力学进入古典理论时期，其后，彭斯莱对现行滑动土楔作了更完善的解。 郎肯从塑性应力场出发建立了新的土压力理论，对土力学的发展起了很 大影响。布新纳斯克提出了一点集中荷载作用下弹性地集中的应力和位 移的计算理论。达西通过水在砂中的渗流实验，建立了达西公式。1925年，太沙基（集大成者）
3、的“土力学”出版，土力学进入一个 新的时期。他提出了有效应力理论，一维固结理论，使土力学成为一门 系统的学科。此后30年内，由丁计算机的普及使用，是土力学在基本理论、计算 方法、室内和现场试验设备等诸方面都得到了革命性的发展。在土的本构关系的研究，建立了各种应力一应变一时间的非线性数 学模型，计算土的弹塑性变形和应力应变随时间的流变过程。在计算方法中，把数值计算方法如差分法、有限元法等直接运用到 地基和土工计算中。在室内试验方面，改进了试验设备，并自动采集和加工实验数据。在原位测试方面，进一步改进各种原位测试仪器，如静力触探仪、十字板剪力仪、旁压仪等。2. 本学科今后的发展方向本构模型的使用范
4、围存在一定的局限性，且试验参数多，易产生误 差。粘性土的抗剪强度的研究，有许多影响强度的因素还未搞活楚。土的动力性质的研究计算方法中，有些计算问题有待进一步研究：如土体在反复或周期 荷载下的变形和稳定计算问题等。试验设备中，土工试验的离心机，许多土的重力的模拟问题，只能 靠离心机实验来解决。许多抗震问题，也要靠离心试验。将可靠度理论应用到地基基础设计规范中。（因为地基设计参数有一 定随机性）基础工程部分（一）地基及基础的概念关丁地基及基础，有人分不活楚，常常把地基称为基础。实际上， 两者是完全不相同的。1. 地基-承受建筑物荷载的地层。地基的分类：士基按地质情况分：日岩基天然地基浅基 按设计施
5、工情况分：J 系基人工地基2. 基础 建筑物向地基传递荷载的下部结构，即建筑物最底下的一部 分，由钢筋混凝土、混凝土或砖等建材筑成，其作用是扩散上部结构荷 载，减小应力强度，传给地基。基础的分类：按岩层埋藏深浅分施 度及 深 等 件 藉 墙 O础础噬 续 桩 基基艮基连 擦 8 T7基础一般施工工序是：1. 开挖基坑2.基坑支护3.基坑排水（井点降水等）4.基底处理5.基础砌 筑（二）地基与基础设计的主要理论依据地基与基础设计的主要理论依据是土力学。土力学研究的对象可概 括为：研究土的本构关系以及土与结构物相互作用的规律。土的本构关 系即土的应力应变强度时间四个变量之间的内在关系。（三）基础工
6、程内容及地基基础设计技术条件基础工程包括基础的设计、施工和监测。本课程主要介绍地基和基础的设计原理基础工程设计包括基础设计和地基设计两部分。基础设计 基础形式的选择、基础埋置深度及基底面积大小、基 础内力和断面计算等。如果地下部分是多层的结构，基础设计还包括地 下结构的计算。地基设计 地基土的承载力确定、地基变形计算、地基稳定性计 算等。当地基承载力不足或压缩性很大而不能满足设计要求时，需要进 行地基处理。为了保证建筑物的安全和正常使用，在地基基础设计中，须满足以 下两个技术条件：1. 变形条件:要求建筑物的沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜都不能大 丁地基容许变形值。2. 强度条件:作用丁地基荷
7、载不超过地基的承载能力，保证地基在防止 整体破坏方面有足够的安全储备。3. 上部结构的其他要求：除满足上述要求,还应满足上部结构对基础结 构的强度、刚度和耐久性要求。地基基础是建筑物的根基，它的勘察、设计和施工质量直接关系着 建筑物的安危。据统计，众多工程事故中，很多与地基基础问题有关。 而且，一旦发生地基基础事故，补救非常困难。（四）国内外地基基础工程成败实例1. 建筑物倾斜众所周知的意大利比萨斜塔。该塔 1173年动工修建，筑至24米时 发生倾斜。一白年后续建该塔至塔顶，高约 55米。目前，塔北侧沉降1 米，南侧下沉近3米，沉降差达1.8米。基础地面倾斜值经计算为0.093, 而我国国家标
8、准建筑地基基础设计规范GB50007- 2002中规定，5Hg 100米，其允许值为0.005,倾斜达极危险状态。2. 地基滑动最出名的例子当数加拿大的朗斯康谷仓：该谷仓长 59.4米，宽23.5 米，高31.0米，容积36500立方米。基础为钢筋混凝土筏基，厚 0.6米， 埋深3.6米。该谷仓完工后初次存谷物，谷仓下沉30厘米，未引起重视，24小时 内，西端下沉7.3米，东端上抬1.5米，整个谷仓倾斜26度53分。1. 墙体开裂2. 基础断裂3. 地基液化失效日本新泻公寓 在1964年6约16日，新泻发生7.5级大地震，打面 积沙土地基产生液化，失去承载力。1.山坡滑动以上都是一些工程事故，
9、但也有地质条件不良，工程有预处理得当 而获的成功：广州的白云宾馆：该宾馆为高层建筑，地面以上33层，高114.05米。 总重近100万KN ,地基覆盖层厚薄相差悬:殊，最浅 10米，最深27.75 米，为适应抗震、抗台风要求，采用桩基与墩基287根。所用钢筋混凝土灌注桩直径1米，单桩承载力4500KN，混凝土直径2米多。建成后 使用良好，沉降小于4毫米。总之，在设计满足变形和强度这两个技术条件后，在工程实践中，严格遵循基本建设原则，按照勘察一设计一施工的先后程序，切实抓好这 三个环节，地基基础事故一般是可以避免的。（五）本课程的内容与学习要求本课程共分8章，前五意为土力学部分，学习土力学的基本
10、理论。第1章工程地质主要介绍矿物与岩石，第四纪沉积层及不良地质条件，地下水对工 程的影响第2章土的物理性质及工程分类主要介绍土的生成、土的组成、土的三相比例指标、无粘性土的密 实度、粘性土的物理特征以及地基土（岩）的分类。第3章土的压缩性和地基沉降计算主要讲述了土的自重应力的计算、基底压力的计算、地基附加应力 的计算，土的压缩性以及地基的最终沉降量的计算。并介绍了土的固结 理论和应力历史对地基沉降的影响。第4章土的抗剪强度与地基承载力主要介绍了库伦公式、莫尔库伦强度理论、抗剪强度的测定方法、 饱和粘性土的抗剪强度、无粘性土的抗剪强度等内容。地基破坏型式和 地基承载力、临塑荷载、极限荷载、地基极
11、限承载力的计算。第5章土压力与土坡稳定主要介绍挡土墙的土压力，郎肯土压力理论和库伦土压力理论两种 经典理论。挡土墙的类型、挡土墙的设计计算；土坡的稳定性分析和地 基的稳定性分析。第6章工程建设的岩土工程勘察主要介绍岩土工程勘察的任务和内容、岩土工程勘察方法、勘探工 作、测试工作及指标整理；岩土工程勘察成果报告的编制、阅读和使用第7章天然地基上浅基础的设计理解地基、基础与上部结构相互作用的概念，掌握浅基础（无筋扩 展基础、扩展基础设计、柱下条形基础设计）的设计计算步骤：基础埋 置深度的选择、地基承载力设计值的计算，按地基承载力确定基础底面 尺寸，地基特征变形的验算和基础底面尺寸的调整等内容。了解
12、十字交 义基础、筏形基础、箱形基础设计计算。第8章桩基础与深基础介绍桩基础的适用性、设计内容及设计原则。讲述了单桩轴向荷载 的传递、单桩竖向承载力的确定、群桩效应、桩基承载力和沉降验算、 桩的水平承载力与位移。要求掌握桩基础设计过程。简介沉井基础、地 下连续墙等内容。第一节 第四纪沉积层（一）土的沉积类型土的历史在地质年代中一般较短，多数在一白万年内，届第四纪沉不同成因类型的第四纪沉积物，各具有一定的分布规律和工程地质 特征。下面分别介绍主要的几种类型。1. 残积物、坡积物和洪积物el(1) 残积物(Q )岩层表面经风化破坏后未被搬运带走而残留原 地的碎屑堆积物。特征：颗粒大小不均、多棱角、没
13、有层理构造、孔隙度较大。作为建筑 物地基易引起不均匀沉降。残积物中残留碎屑的矿物成分与下卧基岩基 本一致。 W(2) 坡积物(Q ) 由于水和融雪将山坡局处的岩石风化广物洗刷、 剥蚀，顺坡向下搬运的堆积物。特征：一般分布在坡腰上或坡脚下，其上部与残积物相接。随斜坡自上而下呈现乂粗而细的分选现象， 其矿物成分与下卧基岩 没直接关系。土质不均匀，厚度变化很大，土质疏松，压缩性高。一一pi(3) 洪积物(Q ) 暂时性山洪傲流将其冲蚀地表时形成大量 泥沙和石块等挟带到沟谷口或山麓平原堆积而成的沉积物。特征：有不规则的层理构造，例如：夹层尖灭、透镜体等近山地洪积物的颗粒较粗，地下水埋藏较深，土承载力较
14、高, 为良好天然地基。远山地洪积物的颗粒较细，成份均匀，厚度较大，土质较密 实，良好天然地基。上述两部分的过渡地带，常为沼泽地带，土质软弱，承载力低。Qal )冲积物一一由江河水流搬运的岩石风化产物在沿途沉积而成。冲积土分 布范围很广，可分为山区河谷冲积土、平原河谷冲积土、三角洲冲积土 等类型。冲积物特征：有明显的层理构造和分选现象。砂石有较好的磨圆度。山区到平原，河床坡度由陡转平，水流速由急变缓，故沉积物厚度有小 变大，粒度由粗变细，土的力学性质逐渐变差。（1）平原河谷冲积物一一平原河谷除河床外，多有河漫滩和阶地。 河漫滩不宜做地基。阶地位置越高，其形成年代越早。高阶地做地基， 工程地质条件
15、很好。（2）山区河谷冲积物一一沉积物较粗，分选性较差，具有透镜体 和倾斜层理构造，厚度不大。3. 其他沉积物c mlc gleol海洋沉积物（Q）、湖泊沉积物（Q）、冰川沉积物（Q）及风积物（Q ）（D海洋沉积物一一分四种海相沉积物：滨海沉积物、浅海沉积物、陆 坡沉积物、深海沉积物。1）滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂等粗碎屑物质组成，具有基本水平 或缓倾斜的层理构造。作为地基，其强度较高，但透水性较大。2）浅海沉积物主要有细颗粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉积物，具 有层理构造，压缩性高且不均匀。3）陆坡和深海沉积物主要为有机质淤泥，成份均一。（2）湖泊沉积物一一湖边沉积物和湖心沉积物。第二节不良地质条件良好的地质条件对建筑工程是有利的，不良的地质条件导致建筑物 地基基础的事故。下面介绍几种建筑工程中常见的不良地质条件。（一）断层岩层在地应力作用下发生破裂，断裂面两侧的岩体发生显著的相对 位移，称为断层。断层显示地壳大范围的错断。断层对建筑工程的危害极大。对于一般的中小断层来说，断层形成 的年代越新，则断层
